专利名称：一种基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法
技术领域：
本发明属于光学测试领域，主要涉及一种基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法。
背景技术：
随着科学技术的发展，大口径光学系统在航空、航天、军事等领域运用越来越广。传统的光学检测方法在检测大口径面形时需要一个大口径的标准件，而大口径的标准件制造加工困难，且检测结果的空间分辨率受到探测器分辨率的限制。子孔径拼接测量方法通过对多个具有一定重叠区域的子孔径面形数据进行拼接，免去了大口径标准件，降低了成本，提闻了空间分辨率。传统的子孔径拼接方法都是根据重叠区域相位误差不一致性最小原则(最小二乘法)先求出各子孔径的倾斜、平移系数，然后对各子孔径倾斜量、平移量进行补偿，从而获得 全孔径面形。Mark A. Schmucker, Joanna Schmit,在“US 5991461”提出了一种平面子孔径的拼接方法，其基本思想是对各子孔径按照一定的优先级顺序进行拼接，噪声小的区域区域优先级高，此方法对拼接顺序敏感，存在累计误差。美国QED公司在“US 6956657”提出了一种同时优化补偿各子孔径的倾斜误差、平移误差、参考面误差、畸变误差的方法，此方法未考虑噪声对拼接的影响。实际测量中，各子孔径除了引入由于机械装置移动带来的倾斜误差和平移误差夕卜，还受到(XD、光源、环境中的振动、温度、空气扰动等噪声源的影响，引入噪声。为减小这些噪声对子孔径拼接的影响，本文提出一种基于加权最小二乘法的子孔径拼接方法，并提出了一种求取权值的方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出了一种基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法，抑制了噪声区域在子孔径拼接中的影响，为提高子孔径拼接的拼接精度提供了一种手段。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如图2所示，具体步骤如下(I)根据子孔径的面形数据，计算各重叠区域的权值Wu,x,y。权值Wmy是l，m，x, y的函数，表示第I子孔径与第m子孔径间的重叠区域中像素点(x，y)的权值。本发明要求权值W1,, x,y能反应相应重叠区域在拼接中的可信度大小，噪声大的区域权值小，噪声小的区域权值大。根据各子孔径面形数据在测量中受到噪声干扰的特点，将权值Wlin^y分为第一类权值Pu, x, y和第二类权值Q1,m，第一类权值Pu, x, y反应子孔径面形受离散点噪声的影响，第二类权值反应子孔径面形受区域性噪声的影响。然后再将这两类权值相乘得到权值Wuni, x, y，其具体的计算方法如下a)选取第h子孔径作为基准面(ah = 0, bh = 0, ch = 0, h=l, . . . M中的任意一个数，M代表总的子孔径数目)，采用最小二乘法(重叠区域残余误差的平方和e最小)，求解各子孔径的X方向倾斜系数ap Y方向倾斜系数h和轴向平移系数(^，方法如下式所示
权利要求
1.一种基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法，其特征在于步骤如下 (1)根据各子孔径的面形数据A(x，y)，计算各重叠区域的权值Wlin^y； (2)根据步骤(I)中计算出的权值Wmy，采用加权最小二乘法，即使得各重叠区域的加权残余误差平方和最小f，计算得到各子孔径的加权下的X方向的倾斜系数' 加权下的Y方向的倾斜系数&和加权下轴向的平移系数&，如下式所示；
2.根据权利要求I所述的基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法，其特征在于重叠区域的权值Wmy是1，m，x，y的函数，Wljnijxjy能反应相应重叠区域在拼接中的可信度大小，噪声大的区域权值小，噪声小的区域权值大。
3.根据权利要求I所述的基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法，其特征在于所述步骤(2)中的各重叠区域的权值W1^y根据各子孔径面形数据在测量中受到噪声干扰的特点，分为第一类权值Pmy和第二类权值Q1,m，第一类权值Ph11^y反应子孔径面形受离散点噪声的影响，第二类权值^^反应子孔径面形受区域性噪声的影响；然后再将这两类权值相乘，得到权值W1^xiy,其具体的计算方法如下 a)采用最小二乘法，即使得重叠区域残余误差的平方和e最小，求解各子孔径的X方向倾斜系数ap Y方向倾斜系数h和轴向平移系数(^，方法如下式所示
4.根据权利要求I所述的基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法，其特征在于所述步骤(I)之前，首先读入测量装置获得的子孔径的面形数据；所述测量装置包括菲索干涉仪(101)，二维平移台(102)，数控设备(103)，计算机(104)，被测平面(105);数控设备(103)与二维平移台(102)相连，以控制二维平移台(102)的运动；计算机(104)分别与数控设备(103)和菲索干涉仪(101)相连，用于与数控设备(103)和菲索干涉仪(101)进行信息交互。
5.根据权利要求4所述的基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法，其特征在于所述测量装置获得子孔径的面形数据的步骤如下首先调整光路，使干涉仪(101)发出的测试光束能到达被测平面(105)上，测试光束经被测平面(105)返回后与经干涉仪(101)的参考面返回的光束发生干涉，能实现对被测平面(105)的测量；确定测量方案，并记录各子孔径的位置信息；计算机(104)给数控设备(103)发出第I子孔径的位置信息，数控设备(103)收到位置信息后驱动二维平移台102移动到相应的位置，并给计算机(104)返回移动完成的信息；计算机(104)收到数控设备(103)返回的信息后，给菲索干涉仪(101)发出测量被测平面(105)的信息；菲索干涉仪(101)接收到计算机(104)的信息后，测量被测平面(105)，获得子孔径的面形数据(x, y)，并向计算机(104)返回第I子孔径面形测量完成的信息；计算机(104)收到菲索干涉仪(101)返回的信息后，再给数控设备103发出第2子孔径的位置信息，如此重复，直到获得所有子孔径的面形数据A(x，y)。
全文摘要
本发明提出了一种基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法，包括一种在子孔径拼接中计算重叠区域的权值的方法，此方法能正确反应各重叠区域在子孔径拼接中的可信度大小，噪声大的区域权值小，噪声小的区域权值大；在求解各子孔径的倾斜系数、平移系数时，要求重叠区域的加权残余误差的平方和最小。本发明通过计算不同重叠区域的权值和采用加权最小二乘法计算各子孔径的倾斜系数和平移系数，抑制了噪声对子孔径拼接的影响，提高了平面子孔径拼接的精度。
文档编号G01B11/24GK102721374SQ20121018032
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者徐富超, 谢伟民, 贾辛, 邢廷文 申请人:中国科学院光电技术研究所